Materiaalin tärkeimmät ominaisuudet kuivausmekaniikassa

Kuivausmekaniikan alalla kuivumisen dynamiikkaa tutkivien tutkijoiden ahkera työ on välttämätöntä. Ilman heidän väsymättömiä kokeilujaan meillä ei olisi valmiita prosessiparametreja hiilikuitulämmittimiä käyttävien tuotteiden kuivaamiseen tai paistamiseen. Kuivausdynamiikassa tutkitaan materiaalien kuivumista kuivausprosessin aikana ja sen suhdetta erilaisiin ohjaaviin tekijöihin. Nämä tekijät jaetaan kahteen pääryhmään.

Ensimmäinen luokka on itse materiaalien ominaisuudet, mukaan lukien rakenteelliset ominaisuudet, biologiset ominaisuudet, päärynäkukan ominaisuudet ja termofysikaaliset ominaisuudet. Nämä ovat luontaisia tekijöitä.

Toiseen luokkaan kuuluvat lämmitysolosuhteet, joihin kuuluvat lämmitysparametrit ja -menetelmät. Lämmitysparametreihin kuuluvat säteilylämmityslämpötila, lämmitysteho, kuiva- ja märkälämpötila, ilmavirran suunta ja nopeus. Lämmitysmenetelmiin kuuluvat vakio- ja vaihteleva lämpötilan syöttö, nopea tai hidas lämpötilan nousu, vakiolämpötilan kesto ja jäähdytysmenetelmät. Nämä ovat ulkoisia tekijöitä.

Sisäisiä ja ulkoisia tekijöitä yhdistämällä pyritään ymmärtämään, miten eri materiaalien sisällä oleva kosteus diffundoituu niiden pinnalle ja haihtuu sieltä. Tämä edellyttää, että tutkitaan vastusta, jonka kosteus kohtaa siirtyessään tai diffundoituessaan materiaalien sisälle, ja miten nämä vastukset liittyvät materiaalien rakenteeseen ja niiden kykyyn absorboida ulkoista energiaa. Tässä tutkitaan kosteiden materiaalien lämmön- ja aineensiirto-ominaisuuksia. Materiaalien kuivumislakien etsimiseen perustuvassa kuivatusdynamiikassa määritetään optimoidut lämmitysjärjestelmät ja kuivausjaksot. Tämä tarjoaa teoreettisen perustan uusien prosessien suunnittelulle ja vanhojen laitteiden jälkiasennukselle, jonka tavoitteena on sekä energian säästäminen että kuivauksen laadun varmistaminen.

Kuivausprosessin aikana kuivattavan materiaalin ominaisuudet, kuten rakenne, muoto, koko, lämpöstabiilisuus ja kemiallinen stabiilisuus, ovat ratkaisevassa asemassa kuivaustekniikan määrittämisessä. Erityisesti kosteuden ja erityyppisten materiaalien yhdistelmästä syntyvät uudet materiaaliominaisuudet ovat merkittävimpiä kuivausprosessiin vaikuttavia tekijöitä. Se, miten kosteus yhdistyy kiinteisiin materiaaleihin, vaikuttaa siihen, miten helposti kosteus poistuu materiaaleista. Kuivatussääntöjen hallitsemiseksi on ensin tutkittava veden sitoutumistapoja materiaaleihin.

Tutustutaan siihen, miten luonnossa esiintyvät aineet voidaan luokitella niiden vuorovaikutuksen perusteella veden kanssa kolmeen luokkaan:

1. Kapillaariset huokoiset kappaleet, joka tunnetaan myös huokoisina väliaineina. Näissä materiaaleissa koko muuttuu vain vähän tai ei lainkaan vesipitoisuuden muuttuessa. Ne kuitenkin haurastuvat kosteuden vähentyessä, ja jotkut niistä voivat muuttua jauheeksi, kuten koksi, puuhiili, maa-aines, hiekka, tiilet ja jotkut rakennusmateriaalit. Näiden materiaalien kapillaarivoimat ylittävät huomattavasti niiden kehävoimat, joten ne yksin määrittävät kosteuden sisäisen jakautumisen. Kapillaarivoimiin nähden neutraalina näitä materiaaleja kutsutaan huokoisiksi kappaleiksi. Huokoisissa kappaleissa materiaalien sitoutuminen veteen tapahtuu pääasiassa kapillaarivoimien avulla, mikä on suhteellisen yksinkertainen sitoutumismenetelmä, jossa vesimolekyylit ovat vapaassa radikaalitilassa.
2. Kolloidit. Näiden materiaalien koko ja tilavuus muuttuvat niiden vesipitoisuuden vaihdellessa. Kolloideja on kahta tyyppiä: ne, jotka laajenevat äärettömästi veden imeytyessä, menettävät alkuperäiset geometriset mittansa ja lopulta liukenevat, eli niin sanotut äärettömästi laajenevat kappaleet, kuten arabikumi, ja ne, jotka imevät vain tietyn määrän vettä, laajenevat tiettyyn määrään ja säilyttävät geometrisen muotonsa, eli niin sanotut äärettömästi laajenevat kappaleet, kuten liivate. Näissä materiaaleissa mikrokapillaarit ovat hyvin pieniä ja kooltaan verrattavissa materiaalien molekyyleihin, mikä tekee vedenpoistosta haastavaa.
3. Kapillaariset huokoiset kolloidit. Näillä materiaaleilla on molempien edellä mainittujen luokkien ominaisuuksia, sillä niillä on kapillaarinen huokoinen rakenne, jonka kapillaariseinämissä tai soluseinämissä on kolloidisia ominaisuuksia, ja ne ovat elastisia ja voivat imeä vettä laajentuakseen ja supistuakseen kuivumisen aikana, kuten puu, iho, jyvät ja elintarvikkeet.

GlobalQT specializes in the manufacture of hiilikuituiset lämmityselementit and other quartz-based products designed to enhance industrial drying processes. For more information on our solutions, please visit our verkkosivusto tai ota yhteyttä sähköpostitse osoitteeseen contact@globalquartztube.com.